CN106442253B - 支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法及装置，该方法包括：在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率；利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样；对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验；在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率；根据所述初始气测渗透率和所述压实伤害后气测渗透率，计算所述岩芯柱的渗透率损失率，以评价支撑剂嵌入造成所述岩芯柱的人工裂缝壁面压实伤害程度。本发明能够真实评价支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害。

Description

支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法及装置
技术领域
本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法及装置。
背景技术
储层改造技术作为稳定和提高单井产量的关键技术，并作为页岩气、致密油等非常规油气资源开采的必要手段，在页岩气体积改造中已经达到“万方液、千方砂”施工规模。压后压裂液、支撑剂与地层之间的相互作用出现成岩、沉淀、支撑剂破碎以及嵌入等情况将对地层和裂缝产生严重伤害产生表皮系数。支撑剂的嵌入问题一方面减小了支撑裂缝的有效宽度，另一方面使得地层矿物挤出，脱离裂缝面，导致裂缝导流能力进一步降低。支撑剂与储层岩石的相互作用可能改变岩石壁面的强度。随着有效应力的增加，支撑剂在裂缝壁面发生嵌入使储层岩石颗粒发生破碎。地层岩石的破碎可能会使颗粒从裂缝壁面脱落堵塞支撑裂缝，这大大影响支撑裂缝导流能力。此外，支撑剂嵌入在裂缝壁面形成的压实带使流体流动通道变得更为曲折，这将产生附加压降，降低储层渗流能力，而且研究表明最高附加压降可达6倍。支撑剂破碎后产生微小的颗粒运移到支撑剂充填层，可能对充填层造成很严重的堵塞，而且研究表明形成5％的微粒可能使充填层导流能力降低60％。
目前，国内外研究岩石与支撑剂相互作用的实验方法主要是利用API(美国石油学会标准)导流室来研究支撑剂嵌入对裂缝导流能力的影响，尚无法利用小尺寸岩芯结合岩石力学的方法来研究支撑剂与岩石之间的相互作用。例如，在API导流室的基础上利用长测试仪器研究支撑剂嵌入情况，并考虑地层碎屑对裂缝导流能力损害的影响；利用FCES-100裂缝导流仪对地层原始岩样进行支撑剂嵌入实验研究，考察不同类型、不同浓度、不同粒径支撑剂在不同岩芯和闭合压力条件下的嵌入程度；利用渗流应力耦合拟三轴实验系统，仅研究页岩不同类型人造支撑剂充填裂缝导流能力随围压的变化关系，未研究支撑剂嵌入以及碎屑对裂缝导流能力的影响。
国内外研究支撑剂嵌入、破胶液残渣等对裂缝导流能力影响的方法，都是利用岩芯板导流室的方法进行是，其主要目的是研究支撑裂缝导流能力的伤害问题，而对支撑剂嵌入后所造成的裂缝面压实对基质渗流能力的影响尚无研究。但精确表征支撑剂嵌入对裂缝面压实导致裂缝面渗透率以及支撑剂充填层导流能力的伤害程度，对储层改造工艺支撑剂优化与降低伤害措施的选择具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法及装置，以表征支撑剂嵌入导致岩石压实对裂缝表面渗透率的影响。
本发明提供一种支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，包括：在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率；利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样；对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验；在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率；根据所述初始气测渗透率和所述压实伤害后气测渗透率，计算所述岩芯柱的渗透率损失率，以评价支撑剂嵌入造成所述岩芯柱的人工裂缝壁面压实伤害程度。
一个实施例中，在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率之前，还包括：根据用于岩石力学实验的标准岩芯尺寸制作标准尺寸岩芯；将所述标准尺寸岩芯沿径向均匀分割为两部分，得到两块所述岩芯柱。
一个实施例中，在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率之前，还包括：制作两块直径为25mm且长度为23mm～25mm的所述岩芯柱。
一个实施例中，利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样，包括：将第一块岩芯柱放置在热缩管套内底部；在所述热缩管套内所述第一块岩芯柱的上端面铺设支撑剂，刮平并压实铺设的支撑剂，形成支撑剂层；将第二块岩芯柱放置在所述热缩管套内所述支撑剂层上；利用热风从下至上将所述热缩管套吹至平滑，以密封所述第一块岩芯柱、所述第二块岩芯柱及所述支撑剂层。
一个实施例中，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验，包括：根据所述岩石与支撑剂相互作用岩样的目标储层孔隙压力及裂缝闭合应力确定围压值和轴压值；根据所述围压值、所述轴压值及设定温度，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴力学加载，并使三轴力学加载时间控制在24h～48h之间。
一个实施例中，利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样之前，还包括：对所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的初始岩面形态。
一个实施例中，在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率之后，还包括：对所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的嵌入支撑剂后岩面形态；根据所述初始岩面形态和所述嵌入支撑剂后岩面形态，计算得到岩芯柱高程变化，以表征支撑剂嵌入岩芯柱表面的深度。
一个实施例中，所述渗透率损失率为：
Figure BDA0001109546070000031
其中，L表示渗透率损失率，K0表示初始气测渗透率，K1表示压实伤害后气测渗透率。
一个实施例中，铺设的支撑剂的用量为：
WP＝A1C×10-3，
其中，Wp表示支撑剂用量，A1表示第一块岩芯柱的上端面的面积，C表示铺置的支撑剂的浓度。
本发明还提供一种支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置，包括：初始气测渗透率测试装置，用于：在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率；岩石与支撑剂相互作用岩样制作装置，用于：利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样；三轴实验装置，用于：对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验；压实伤害后气测渗透率测试装置，用于：在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率；裂缝壁面压实伤害评价模块，用于：根据所述初始气测渗透率和所述压实伤害后气测渗透率，计算所述岩芯柱的渗透率损失率，以评价支撑剂嵌入造成所述岩芯柱的人工裂缝壁面压实伤害程度。
一个实施例中，还包括：第一激光扫描装置，用于：利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样之前，对所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的初始岩面形态；第二激光扫描装置，用于：在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率之后，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的嵌入支撑剂后岩面形态；支撑剂嵌入深度表征模块，用于：根据所述初始岩面形态和所述嵌入支撑剂后岩面形态，计算得到岩芯柱高程变化，以表征支撑剂嵌入岩芯柱表面的深度。
本发明的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法及装置，采用三轴实验对制作成的模拟人工裂缝中岩石与支撑剂接触关系的试验件进行岩石力学测试，通过测定支撑剂嵌入实验前后岩芯渗透率变化，能够定量表征支撑剂与岩石相互作用产生的伤害，能够用于定量测试并研究压裂改造裂缝闭合后支撑剂在裂缝面嵌入导致裂缝面压实对基质渗流能力造成伤害情况。进一步，通过非标准尺寸的两个岩芯柱制作岩石与支撑剂相互作用岩石作为试验件可以真实模拟地层条件下岩石与支撑剂相互作用。进一步，通过对嵌入支撑剂前后的岩芯柱表面进行激光扫描可以定量表征支撑剂在岩芯端面嵌入程度。结果证实本发明测试原理可靠，能够较为真实的模拟地层条件下岩石与支撑剂相互作用，能够精确表征支撑剂嵌入对裂缝面压实导致裂缝面渗透率以及支撑剂充填层导流能力的伤害程度，能够为储层改造工艺支撑剂优化与降低伤害措施的选择提供依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例中制作岩芯柱的方法流程示意图；
图3是本发明一实施例中制作岩石与支撑剂相互作用岩样的方法流程示意图；
图4是本发明一实施例中对岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验的方法流程示意图；
图5是本发明另一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法的流程示意图；
图6是本发明另一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法的流程示意图；
图7是本发明又一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法流程示意图；
图8是本发明一实施例的制作岩芯样品及实验用试验件的方法流程示意图；
图9是本发明一实施例中制作的岩石与支撑剂相互作用试验件的结构示意图；
图10是本发明一实施例中使用的渗流应力耦合拟三轴实验系统示意图；
图11是本发明一实施例中整体渗透率与轴压关系结果示意图；
图12和图13分别是本发明一实施例中实验之前和之后岩芯柱端面激光扫描结果示意图；
图14是本发明一实施例中支撑剂嵌入产生的端面高程差结果示意图；
图15是本发明一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置的结构示意图；
图16是本发明另一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1是本发明一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法可包括步骤：
S110：在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率；
S120：利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样；
S130：对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验；
S140：在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率；
S150：根据所述初始气测渗透率和所述压实伤害后气测渗透率，计算所述岩芯柱的渗透率损失率，以评价支撑剂嵌入造成所述岩芯柱的人工裂缝壁面压实伤害程度。
通过上述步骤S110和步骤S140可以测量岩芯柱嵌入支撑剂前后的气测渗透率。在相同的设定气测渗透率测试条件下，测量岩芯柱嵌入支撑剂前后的气测渗透率，可以使得计算得到的岩芯柱的渗透率损失率更准确。通过上述步骤S120和步骤S130可以得到支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的岩样。在上述步骤S140中，可以将进行三轴实验后的岩石与支撑剂相互作用岩样卸载后，再测试其中岩芯柱的气测渗透率。
本发明实施例中，通过利用岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样，并对该岩样进行三轴实验可以真实模拟支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实的情况，继而通过测试人工裂缝壁面压实前后岩石的气测渗透率，并根据两次渗透率的值可以有效评价支撑剂嵌入后人工裂缝壁面压实导致基质渗透能力下降的程度，从而弥补现有技术无法测试支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的缺陷。
本发明各实施例中，标准尺寸岩芯柱可以是指岩石力学实验所用的标准尺寸岩芯柱，例如，标准尺寸岩芯柱的直径可为25mm，长度可为48mm～52mm。该岩芯柱可为非标准尺寸的岩芯柱，尺寸可以小于标准岩芯柱的尺寸。各实施例中，在制作岩石与支撑剂相互作用岩样时所使用岩芯柱的个数可以为多块，例如两块。
图2是本发明一实施例中制作岩芯柱的方法流程示意图。如图2所示，图1所示的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，在上述步骤S110之前，即，在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率之前，还可包括步骤：
S160：根据用于岩石力学实验的标准岩芯尺寸制作标准尺寸岩芯；
S170：将所述标准尺寸岩芯沿径向均匀分割为两部分，得到两块所述岩芯柱。
通过上述步骤S160和步骤S170，先制作岩石力学实验用标准尺寸岩芯，例如直径为25mm，长度为50±2mm，然后径向均匀分割，一切为二，制成非标准尺寸岩芯柱，例如直径25mm，长度可为24±1mm。
本实施例中，通过将标准尺寸岩芯均匀分割为两份的方式制备岩芯柱，可以便于非标准尺寸岩芯柱的制备。利用两块非标准尺寸岩芯柱可以有效实现制作岩石与支撑剂相互作用岩样。利用标准岩芯制作成的模拟人工裂缝中岩石与支撑剂接触关系的试验件进行岩石力学测试，有助于再现支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的真实情况。
另一实施例中，在上述步骤S110之前，即，在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率之前，制备岩芯柱的具体实施方式可为：制作两块直径为25mm且长度为23mm～25mm的所述岩芯柱。
本实施例中，可以根据岩芯柱的尺寸要求，直接制作非标准尺寸岩芯柱，简单直接。
本发明上述实施例中，创新建立了标准尺寸岩样、非标准尺寸岩样研究岩石与支撑剂相互作用的测试方法，能够有效用于精确表征支撑剂嵌入导致岩石压实对裂缝表面渗透率的影响以及嵌入程度。
本发明各实施例中，该岩芯柱可以是通过多种方法处理的岩芯柱，较佳地，该岩芯柱是经过洗油处理的岩芯柱；可选地，该岩芯柱可以是洗油后烘箱内烘干的干燥岩芯柱或洗油后饱和地层水/压裂液岩芯柱。各实施例中，可以采用多种不同方法制作岩石与支撑剂相互作用岩样。
图3是本发明一实施例中制作岩石与支撑剂相互作用岩样的方法流程示意图。如图3所示，本发明各实施例中，在上述步骤S120中，利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样的方法，可包括步骤：
S121：将第一块岩芯柱放置在热缩管套内底部；
S122：在所述热缩管套内所述第一块岩芯柱的上端面铺设支撑剂，刮平并压实铺设的支撑剂，形成支撑剂层；
S123：将第二块岩芯柱放置在所述热缩管套内所述支撑剂层上；
S124：利用热风从下至上将所述热缩管套吹至平滑，以密封所述第一块岩芯柱、所述第二块岩芯柱及所述支撑剂层。
在上述步骤S121中，该热缩管套可以密封胶套，主要可用于将由第一块岩芯柱、第二块岩芯柱及支撑剂层制成的岩石与支撑剂相互作用岩样密封起来。在上述步骤S122中，铺设的支撑剂可以多种规格、不同类型的支撑剂，例如，可以是单一粒径或多种粒径组合，不同类型支撑剂的组合可以包括石英砂、陶粒、覆膜砂等粒径的组合。在上述步骤S124中，利用热风从下至上将内部放置有所述第一块岩芯柱、所述第二块岩芯柱及所述支撑剂层的所述热缩管套吹至平滑后，可在热缩管套的上端和下端分别组装端帽，从而可以将岩石与支撑剂相互作用岩样密封起来，制成试验件。
本实施例中，将给定规格的支撑剂夹设在两块岩芯柱之间，可以有效再现支撑剂在真实投放使用时与岩石的相互作用。用热缩管套将夹设有支撑剂的两块岩芯柱密封起来，可以提高后续三轴实验的效果。
一个实施例中，铺设的支撑剂的用量可为：
WP＝A1C×10-3，
其中，Wp表示支撑剂用量，A1表示第一块岩芯柱的上端面的面积，C表示铺置的支撑剂的浓度。
本实施例中，根据设定的支撑剂浓度和第一块岩芯柱的上端面的面积可以方便地确定支撑剂的用量，可以容易的得到不同支撑剂浓度对岩芯柱中人工裂缝壁面压实伤害情况。
在图1所示的步骤S130中，可以采用多种三轴实验系统，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验，例如，利用渗流-应力耦合拟三轴实验系统在储层条件下对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行岩石力学测试，例如三轴实验。
图4是本发明一实施例中对岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验的方法流程示意图。如图4所示，在上述步骤S130中，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验的方法，可包括步骤：
S131：根据所述岩石与支撑剂相互作用岩样的目标储层孔隙压力及裂缝闭合应力确定围压值和轴压值；
S132：根据所述围压值、所述轴压值及设定温度，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴力学加载，并使三轴力学加载时间控制在24h～48h之间。
本实施例中，目标储层孔隙压力及裂缝闭合应力可以根据需要设定，例如根据储层孔隙压力及裂缝闭合应力的实际情况确定。对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴力学加载，可以将岩石与支撑剂相互作用岩样放入加压舱，可通过向加压舱内充气对岩石与支撑剂相互作用岩样加载围压，可通过轴向活塞对岩石与支撑剂相互作用岩样加载轴压，可以通过轴向力传感器测量轴压大小。三轴力学加载过程中，轴压可以设置多个不同值，从而可以得到不同轴压下的渗透率情况。三轴力学加载试验时间一般大于24h，较佳地，控制在24h～48h之间。
图5是本发明另一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法的流程示意图。如图5所示，图1所示的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，在上述步骤S120之前，即利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样之前，还可包括步骤：
S180：对所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的初始岩面形态。
本实施例中，可以利用激光装置对所述岩芯柱的表面进行激光扫描。较佳地，仅扫描将嵌入支撑剂的岩芯柱的表面，例如岩芯柱的端面将设置支撑剂时，可仅扫描岩芯柱的端面。通过激光扫描可以得到岩芯柱的表面的高程值，即得到岩芯柱的初始岩面形态。
图6是本发明另一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法的流程示意图。如图6所示，图5所示的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，在上述步骤S150之后，即在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率之后，还可包括步骤：
S190：对所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的嵌入支撑剂后岩面形态；
S1100：根据所述初始岩面形态和所述嵌入支撑剂后岩面形态，计算得到岩芯柱高程变化，以表征支撑剂嵌入岩芯柱表面的深度。
在上述步骤S190中，可以利用激光装置对所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的表面进行激光扫描。较佳地，岩芯柱被激光扫描的表面可与步骤180中岩芯柱被激光扫描的表面位置相同，可为嵌入有支撑剂的面，例如端面。经激光扫描，可以得到嵌入支撑剂后的岩芯柱表面的高程值，即嵌入支撑剂后岩面形态。
在上述步骤S1100中，根据所述初始岩面形态和所述嵌入支撑剂后岩面形态，例如将高程值叠加或作差，可以得到岩芯柱高程变化值，通过该高程变化值可以得知支撑剂嵌入岩芯柱表面的深度。
本实施例中，通过对嵌入支撑剂前后的岩芯柱表面进行激光扫描，可以得到岩芯柱表面在嵌入支撑剂后相对于嵌入支撑剂前的高程值变化情况，进而可以量化支撑剂嵌入岩芯柱裂缝或压实壁面的情况，从而可以指导实际工程中支撑剂的投放作业。
在上述步骤S150中，根据所述初始气测渗透率和所述压实伤害后气测渗透率，可以计算所述岩芯柱的渗透率损失率。一个实施例中，所述渗透率损失率可为：
Figure BDA0001109546070000101
其中，L表示渗透率损失率，K0表示初始气测渗透率，K1表示压实伤害后气测渗透率。
本实施例中，通过计算得到的渗透率损失率可以有效表征支撑剂嵌入造成所述岩芯柱的人工裂缝壁面压实伤害程度。
图7是本发明又一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法流程示意图。如图7所示，本发明实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，可包括步骤：
S1：制作岩石与支撑剂相互作用实验用岩芯，并进行裂缝面的激光扫描；
S2：测定制作好岩芯实验前的气测渗透率；
S3：制作岩石与支撑剂相互作用实验用试验件，组装压力室；
S4：设定实验参数，进行岩石力学加载实验；
S5：卸载实验岩样，同时测试实验后岩芯的气层渗透率，并计算渗透率损失率；
S6：对支撑剂嵌入实验后的岩样再次进行裂缝面激光扫描，并与初始裂缝面对比，得到支撑剂嵌入深度和嵌入程度。
进一步，步骤S1中，一次实验所需岩芯数量可为2个；所用岩芯为干燥原始岩芯或饱和地层水岩芯二选一；制作实验用岩芯可有两种方法：方法一，先制作岩石力学实验用标准尺寸岩芯(直径25mm，长度50±2mm)，然后均匀的一切为二，制成非标准尺寸岩芯(直径25mm，长度24±1mm)；方法二，直接制作非标准尺寸岩芯(直径25mm，长度24±1mm)。
进一步，步骤S3中，实验用试验件的制作流程与方法可为：
S311：首先将一块制作好的岩块放置在三轴加压所需的热缩管套内底部；
S312：在步骤S311中的岩心上端面铺置一定浓度相应规格的支撑剂，并将支撑剂充填层刮平并压实；
S313：将另一块岩芯套置在支撑剂充填层上方，利用热吹风将热缩管从下至上热缩至平滑。
进一步，在步骤S3中，铺置一定浓度相应规格的支撑剂是单一粒径或多种粒径组合，以及不同类型支撑剂的组合包括石英砂、陶粒、覆膜砂等，其中支撑剂用量计算方法可为：
WP＝A1C×10-3，
其中，Wp为支撑剂用量，单位为g；A为岩芯表面积，单位为m2；C为支撑剂的铺置浓度，单位为kg/m2。
进一步，步骤S4中，设定的实验参数种类为轴压和围压，根据目标储层的原始地层压力以及闭合应力确定围压和轴压的数值。并且实验时间要求超过24h。
进一步，步骤S5中，实验前后渗透率损失率计算方法为：
Figure BDA0001109546070000111
其中，L为实验后渗透率损失率；K0为实验前气测渗透率，单位为mD；K1为实验后气测渗透率，单位为mD。
进一步，步骤S5中，支撑剂嵌入表征方法为利用激光步进仪实验前后均对实验用岩芯支撑剂铺置端面进行扫描，通过岩芯端面高程变化表征支撑剂嵌入。
本发明实施例的岩石与支撑剂相互作用测试方法原理可靠，实验用岩芯和试验件制作简单；能够较真实的地层条件下岩石与支撑剂之间的相互接触作用关系，并且能够精确表征支撑剂嵌入对裂缝面压实导致裂缝面渗透率以及支撑剂充填层导流能力的伤害程度，为压裂工艺支撑剂类型以及降低伤害措施的选择提供依据。
图8是本发明一实施例的制作岩芯样品及实验用试验件的方法流程示意图。如图8所示，本发明实施例的制作岩芯样品及实验用试验件的方法，可包括步骤：
S11：制作标准尺寸(长度50mm，直径24±1mm)的岩芯；
S12：径向均匀切割步骤S11制作好的标准尺寸岩芯一分为二；
S13：利用热缩管套置步骤S12制作好的其中一块岩心并置于底部，预留组装端帽长度；
S14：在步骤S13中的岩心上端面铺置一定浓度相应规格的支撑剂，并将支撑剂充填层刮平并压实；
S15：将步骤S12制作好的另一块岩芯套置在支撑剂充填层上方，利用热吹风将热缩管从下至上热缩至平滑；
S16：在热缩套两端分别组装端帽，制作试验件，待放入压力室实验。
一个具体实施例中，利用标准尺寸岩芯柱制作好的两块非标准尺寸岩芯柱的具体尺寸分别可为：1号岩芯柱长度为24.1mm，直径为25mm；2号岩芯柱长度为24.3mm，直径为25mm。测定两块岩芯柱实验前气测渗透率分别为：1号岩芯柱气测渗透率为1.134mD，2号岩芯柱气测渗透率为1.107mD。支撑剂可选择20/40目陶粒支撑剂，支撑剂体积密度为1.8g/cm3，支撑剂铺置浓度为5kg/m2，经计算支撑剂用量为9.8g。图9是本发明一实施例中制作的岩石与支撑剂相互作用试验件的结构示意图。如图9所示，制作好的试验件(不含端帽)总长度可为55.16mm，1号岩芯柱401位于密封胶套403内部上端，2号岩芯柱402位于密封胶套403内部下端，支撑剂填充层404位于1号岩芯柱401和2号岩芯柱402之间。图10是本发明一实施例中使用的渗流应力耦合拟三轴实验系统示意图。如图10所示，组装压力室501，岩样400放置于压力室501内部，通过轴向活塞502加载轴压，通过从围压流入口503填充气体加载围压，通过孔隙流体入口504通入流体，通过孔隙流体出口505使流体流出，连接轴向感应器506、压力泵等装置，设置实验参数，进行三轴实验。其中，围压可设置为20MPa，轴压可依次设置为20、30、35、40、45、50MPa，模拟随着生产进行闭合应力逐渐升高，实验时间可为48h。图11是本发明一实施例中整体渗透率与轴压关系结果示意图，如图11所示，渗透率随轴压增加而不断减小。三轴岩石力学实验后测定两块岩芯气测渗透率分别为：1号岩芯柱气测渗透率为0.78mD；2号岩芯柱气测渗透率为0.67mD。计算两块岩芯渗透率损失率分别为31.2％和39.5％。图12和图13分别是本发明一实施例中实验之前和之后岩芯柱端面激光扫描结果示意图。如图12和图13所示，对比2号岩芯柱实验前后激光步进仪扫描反演结果得知，支撑剂嵌入后2号岩芯柱高程值变大。图14是本发明一实施例中支撑剂嵌入产生的端面高程差结果示意图，如图14所示，通过支撑剂嵌入前后的高程变化叠加就能够反演得到支撑剂在整个岩芯面的嵌入深部变化。
本实施例的结果证明，本发明能够较真实的地层条件下岩石与支撑剂之间的相互接触作用关系，并且能够精确表征支撑剂嵌入对裂缝面压实导致裂缝面渗透率以及支撑剂充填层导流能力的伤害程度，为压裂工艺支撑剂类型以及降低伤害措施的选择提供依据。
本发明的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，采用三轴实验对制作成的模拟人工裂缝中岩石与支撑剂接触关系的试验件进行岩石力学测试，通过测定支撑剂嵌入实验前后岩芯渗透率变化，能够定量表征支撑剂与岩石相互作用产生的伤害，能够用于定量测试并研究压裂改造裂缝闭合后支撑剂在裂缝面嵌入导致裂缝面压实对基质渗流能力造成伤害情况。进一步，通过非标准尺寸的两个岩芯柱制作岩石与支撑剂相互作用岩石作为试验件可以真实模拟地层条件下岩石与支撑剂相互作用。进一步，通过对嵌入支撑剂前后的岩芯柱表面进行激光扫描可以定量表征支撑剂在岩芯端面嵌入程度。结果证实本发明测试原理可靠，能够较为真实的模拟地层条件下岩石与支撑剂相互作用，能够精确表征支撑剂嵌入对裂缝面压实导致裂缝面渗透率以及支撑剂充填层导流能力的伤害程度，能够为储层改造工艺支撑剂优化与降低伤害措施的选择提供依据。
基于与图1所示的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置，如下面实施例所述。由于该支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置解决问题的原理与支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法相似，因此该支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置的实施可以参见支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法的实施，重复之处不再赘述。
图15是本发明一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置的结构示意图。如图15所示，本发明一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置，可包括：初始气测渗透率测试装置210、岩石与支撑剂相互作用岩样制作装置220、三轴实验装置230、压实伤害后气测渗透率测试装置240及裂缝壁面压实伤害评价模块250，上述各部分顺序连接。
初始气测渗透率测试装置210用于：在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率。
岩石与支撑剂相互作用岩样制作装置220用于：利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样。
三轴实验装置230用于：对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验。
压实伤害后气测渗透率测试装置240用于：在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率。
裂缝壁面压实伤害评价模块250用于：根据所述初始气测渗透率和所述压实伤害后气测渗透率，计算所述岩芯柱的渗透率损失率，以评价支撑剂嵌入造成所述岩芯柱的人工裂缝壁面压实伤害程度。
通过初始气测渗透率测试装置210和压实伤害后气测渗透率测试装置240可以测量岩芯柱嵌入支撑剂前后的气测渗透率。在相同的设定气测渗透率测试条件下，测量岩芯柱嵌入支撑剂前后的气测渗透率，可以使得计算得到的岩芯柱的渗透率损失率更准确。通过岩石与支撑剂相互作用岩样制作装置220和三轴实验装置230可以得到支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的岩样。在压实伤害后气测渗透率测试装置240中，可以将进行三轴实验后的岩石与支撑剂相互作用岩样卸载后，再测试其中岩芯柱的气测渗透率。
本发明实施例中，通过利用岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样，并对该岩样进行三轴实验可以真实模拟支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实的情况，继而通过测试人工裂缝壁面压实前后岩石的气测渗透率，并根据两次渗透率的值可以有效评价支撑剂嵌入后人工裂缝壁面压实导致基质渗透能力下降的程度，从而弥补现有技术无法测试支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的缺陷。
图16是本发明另一实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置的结构示意图。如图16所示，图15所示的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置，还可包括：第一激光扫描装置260、第二激光扫描装置270及支撑剂嵌入深度表征模块280，第一激光扫描装置260可连接于初始气测渗透率测试装置210和岩石与支撑剂相互作用岩样制作装置220之间，第二激光扫描装置270和支撑剂嵌入深度表征模块280相互连接，第二激光扫描装置270与裂缝壁面压实伤害评价模块250连接。
第一激光扫描装置260用于：在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率之前，对所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的初始岩面形态。
第二激光扫描装置270用于：在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率之后，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的嵌入支撑剂后岩面形态。
支撑剂嵌入深度表征模块280用于：根据所述初始岩面形态和所述嵌入支撑剂后岩面形态，计算得到岩芯柱高程变化，以表征支撑剂嵌入岩芯柱表面的深度。
岩芯柱被第一激光扫描装置260激光扫描的表面可与岩芯柱被第二激光扫描装置270激光扫描的表面位置相同，可为嵌入有支撑剂的面，例如端面。经激光扫描，可以得到嵌入支撑剂后的岩芯柱表面的高程值，即嵌入支撑剂后岩面形态。
在支撑剂嵌入深度表征模块280中，根据所述初始岩面形态和所述嵌入支撑剂后岩面形态，例如将高程值叠加或作差，可以得到岩芯柱高程变化值，通过该高程变化值可以得知支撑剂嵌入岩芯柱表面的深度。
本实施例中，通过对嵌入支撑剂前后的岩芯柱表面进行激光扫描，可以得到岩芯柱表面在嵌入支撑剂后相对于嵌入支撑剂前的高程值变化情况，进而可以量化支撑剂嵌入岩芯柱裂缝或压实壁面的情况，从而可以指导实际工程中支撑剂的投放作业。
一个实施例中，本发明实施例的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置还可包括岩芯柱制备装置，用于：根据用于岩石力学实验的标准岩芯尺寸制作标准尺寸岩芯，将所述标准尺寸岩芯沿径向均匀分割为两部分，得到两块所述岩芯柱。
一个实施例中，三轴实验装置230可如图10所示。三轴实验装置230用于：对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验，具体实施方式可以是：将第一块岩芯柱放置在热缩管套内底部；在所述热缩管套内所述第一块岩芯柱的上端面铺设支撑剂，刮平并压实铺设的支撑剂，形成支撑剂层；将第二块岩芯柱放置在所述热缩管套内所述支撑剂层上；利用热风从下至上将所述热缩管套吹至平滑，以密封所述第一块岩芯柱、所述第二块岩芯柱及所述支撑剂层。进一步，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验的方法，具体实施方式可为：根据所述岩石与支撑剂相互作用岩样的目标储层孔隙压力及裂缝闭合应力确定围压值和轴压值；根据所述围压值、所述轴压值及设定温度，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴力学加载，并使三轴力学加载时间控制在24h～48h之间。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价装置，采用三轴实验对制作成的模拟人工裂缝中岩石与支撑剂接触关系的试验件进行岩石力学测试，通过测定支撑剂嵌入实验前后岩芯渗透率变化，能够定量表征支撑剂与岩石相互作用产生的伤害，能够用于定量测试并研究压裂改造裂缝闭合后支撑剂在裂缝面嵌入导致裂缝面压实对基质渗流能力造成伤害情况。进一步，通过非标准尺寸的两个岩芯柱制作岩石与支撑剂相互作用岩石作为试验件可以真实模拟地层条件下岩石与支撑剂相互作用。进一步，通过对嵌入支撑剂前后的岩芯柱表面进行激光扫描可以定量表征支撑剂在岩芯端面嵌入程度。结果证实本发明测试原理可靠，能够较为真实的模拟地层条件下岩石与支撑剂相互作用，能够精确表征支撑剂嵌入对裂缝面压实导致裂缝面渗透率以及支撑剂充填层导流能力的伤害程度，能够为储层改造工艺支撑剂优化与降低伤害措施的选择提供依据。

Claims (9)

1.一种支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，其特征在于，包括：
对岩芯柱进行洗油处理；
在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率；
利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样；
对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验；
其中，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验包括：
采用渗流-应力耦合拟三轴实验系统，根据所述岩石与支撑剂相互作用岩样的目标储层孔隙压力及裂缝闭合应力确定围压值和轴压值；
将进行三轴实验后的岩石与支撑剂相互作用岩样卸载后，在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率；
根据所述初始气测渗透率和所述压实伤害后气测渗透率，计算所述岩芯柱的渗透率损失率，以评价支撑剂嵌入造成所述岩芯柱的人工裂缝壁面压实伤害程度。
2.如权利要求1所述的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，其特征在于，在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率之前，还包括：
根据用于岩石力学实验的标准岩芯尺寸制作标准尺寸岩芯；
将所述标准尺寸岩芯沿径向均匀分割为两部分，得到两块所述岩芯柱。
3.如权利要求1所述的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，其特征在于，在设定气测渗透率测试条件下，测定岩芯柱的初始气测渗透率之前，还包括：
制作两块直径为25mm且长度为23mm～25mm的所述岩芯柱。
4.如权利要求2或3所述的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，其特征在于，利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样，包括：
将第一块岩芯柱放置在热缩管套内底部；
在所述热缩管套内所述第一块岩芯柱的上端面铺设支撑剂，刮平并压实铺设的支撑剂，形成支撑剂层；
将第二块岩芯柱放置在所述热缩管套内所述支撑剂层上；
利用热风从下至上将所述热缩管套吹至平滑，以密封所述第一块岩芯柱、所述第二块岩芯柱及所述支撑剂层。
5.如权利要求1所述的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，其特征在于，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴实验，包括：
根据所述围压值、所述轴压值及设定温度，对所述岩石与支撑剂相互作用岩样进行三轴力学加载，并使三轴力学加载时间控制在24h～48h之间。
6.如权利要求1所述的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，其特征在于，利用所述岩芯柱和支撑剂制作岩石与支撑剂相互作用岩样之前，还包括：
对所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的初始岩面形态。
7.如权利要求6所述的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，其特征在于，在所述设定气测渗透率测试条件下，测试进行三轴实验后的所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的压实伤害后气测渗透率之后，还包括：
对所述岩石与支撑剂相互作用岩样中的所述岩芯柱的表面进行激光扫描，得到所述岩芯柱的嵌入支撑剂后岩面形态；
根据所述初始岩面形态和所述嵌入支撑剂后岩面形态，计算得到岩芯柱高程变化，以表征支撑剂嵌入岩芯柱表面的深度。
8.如权利要求1所述的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，其特征在于，
所述渗透率损失率为：
Figure FDA0002189342120000021
其中，L表示渗透率损失率，K0表示初始气测渗透率，K1表示压实伤害后气测渗透率。
9.如权利要求4所述的支撑剂嵌入造成人工裂缝壁面压实伤害的评价方法，其特征在于，
铺设的支撑剂的用量为：
WP＝A1C×10-3，
其中，Wp表示支撑剂用量，A1表示第一块岩芯柱的上端面的面积，C表示铺置的支撑剂的浓度。
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